Алкилиране по Фридел-Крафтс

Да разгледаме реакцията на алкилиране по Фридел-Крафтс. Започваме с бензенов пръстен. Към този бензенов пръстен ще добавим алкилхлорид, а катализатор е алуминиев хлорид. Крайният резултат е да заместим с R-група, R-групата от алкилхлорида, един протон от ароматния пръстен. Да разгледаме механизма на алкилирането по Фридел-Крафтс. Започваме с алкилхлорид и добавяме алуминиев хлорид, който вече сме виждали, че може да действа като Люисова киселина. Той може да е Люисова киселина, защото може да приеме двойка електрони. Нашата Люисова основа тук ще бъде алкилхлоридът. Той ще отдаде една електронна двойка. Значи една електронна двойка ще бъде отдадена на този алуминий. Ще запиша резултата от тази реакция между Люисова киселина и основа. Сега хлорът е свързан с алуминия, а алуминият е свързан с тези хлорни атоми, като няма да пиша несподелените електронни двойки, за да спестя време. По отношение на формалните заряди, алуминият сега има заряд –1, а този хлор има формален заряд +1. Знаем, че халогените са относително електроотрицателни, така че хлорът може да привлече тези електрони. Мога да покажа, че тези електрони тук отиват при хлора. Когато направим това, отнемаме връзка от R алкиловата група, следователно R алкиловата група остава с положителен формален заряд +1. Това тук е карбокатион. А това е нашият електрофил в нашата реакция на електрофилно ароматно заместване. Понеже всъщност се образува карбокатион в този механизъм, карбокатион като междинно съединение, е възможно прегрупиране и затова трябва да внимаваме, когато разглеждаме алкилирането по Фридел-Крафст по отношение на предсказване на продуктите. Това е другият продукт, нали? Ще имаме алуминий, който все още е свързан с тези хлорни атоми, свързан е и с този хлор също. Този хлор сега има три несподелени двойки електрони, това са тези електрони тук, тези, които бяха във връзката между R групата и хлора отляво, и които сега са при хлора ето тук. Алуминият пак има формален заряд –1. Сега получихме нашия електрофил, който е карбокатион. Разбира се, нашият бензенов пръстен ще реагира с електрофила. Това е бензеновият пръстен, а това е положително зареденият карбокатион. Знаем, че тези р-електрони в бензеновия пръстен ще действат като нуклеофил и ще атакуват електрофила, така че отрицателните заряди се привличат от положителните заряди, ето така. И сега ще запиша резултата от нашата нуклеофилна атака, така че тук отново имаме връзка с водород. Пак повтарям, мога да присъединя алкиловата група към един от тези два въглерода. Нека да ги оцветя. Някой от тези двата, но ще бъда последователен по отношение на начина, който използвах в предишните видеа. Ще присъединя R групата към горния въглерод тук, което означава, че отнемам връзка от горния въглерод. Ще оцветя този тук. Този, след като загубва връзка, значи, че формалният положителен заряд +1 идва тук. Формален заряд +1, карбокатион. За да спестя време, няма да правя резонансните структури на този йон. Спомни си, че това представя нашия сигма-комплекс, като можеш да гледаш предишните видеа, за да видиш как се правят резонансните структури на този карбокатион. В последната стъпка на нашия механизъм ще възстановим ароматния пръстен. Трябва да отделим протон от сигма-комплекса и за да направим това, ще разгледаме тези електрони тук, които ще отнемат този протон, а тези електрони ще се преместят тук, за да компенсират формалния заряд +1 и да се възстанови ароматния пръстен. Сега ароматният пръстен е възстановен, а R групата е при нашия пръстен. Другият продукт ще бъде HCl, като също така ще се възстанови катализаторът, алуминиевият хлорид. Сега да проследим електроните. Тези електрони в цикламено ето тук. Когато се отдели протон, тези електрони в цикламено възстановяват ето това. Мога да кажа, че тези електрони тук образуват връзка между хлора и този протон, като се получава HCl. Това е механизмът на алкилиране по Фридел-Крафтс. Сега да разгледаме няколко примера на тази реакция. Започваме с бензен, като към него ще добавим 2-хлорпропан. Записвам 2-хлорпропан. Това е алкилхлоридът. Отново ни е нужен алуминиев хлорид като катализатор. Начинът, по който правя алкилирането по Фридел-Крафтс, е да разгледам какъв вид карбокатион ще получа. Без да записвам целия механизъм, знам, че този хлор ще се отдели по време на реакцията, и ако хлорът се отделя в реакцията, това означава, че отнема връзка от този въглерод ето тук. Ето къде ще бъде формалният заряд +1. Имаме формален заряд +1 при този въглерод тук горе. Ако разгледаме възможните прегрупирания, това е вторичен карбокатион и няма начин този карбокатион да се прегрупира и да образува третичен карбокатион. Вторичният карбокатион е относително стабилен, така че това е карбокатионът, който ще реагира с бензеновия пръстен. Можеш да разгледаш отново, тези р-електрони образуват връзка с този въглерод, така че сега ще напиша резултата от нуклеофилната атака. Имаме нашия пръстен, имаме другите р-електрони, имаме водород, който е на пръстена. И сега се образува връзка между трите въглерода. Отново ще оцветя някои електрони. Тези електрони в цикламено сега образуват връзка между тези два въглерода ето тук. Винаги проверявай отново и преброявай въглеродните атоми. Тук имаме един, два, три въглерода в този карбокатион. Сега да се уверим, че броят е същия ето тук – един, два и три. В последната стъпка знаем, че се отделя протон от сигма-комплекса, нали? Тук имаме формален заряд +1. Отделяме протон от сигма-комплекса, отърваваме се от положителния заряд +1, възстановява се ароматният пръстен, като тези електрони се преместват тук и това е нашият продукт. Имаме ароматния пръстен, ето така. После имаме тази изопропилова група при пръстена, така че получихме изопропилбензен като краен продукт. Да направим още един пример на алкилиране по Фридел-Крафтс. В този пример ще има възможно прегрупиране. Започваме отново с бензена. Имаме бензенов пръстен, към бензена ще добавим бутилхлорид – това са един, два, три, четири въглерода. После имаме хлор и алуминиев хлорид, който отново е нашият катализатор. Ако имаш тази задача, отново искам да помислим какъв карбокатион ще се образува в тази реакция. Знам, че този хлор ще се отдели по време на реакцията и ще отнеме връзка от този въглерод ето тук, при което ще получим заряд +1 ето при този въглерод тук. Ако запиша тук моите четири въглерода, знам, че ще има заряд +1 при този въглерод в края. Знаем, че това е първичен карбокатион, а първичните карбокатиони не са много стабилни. Затова ще има известно прегрупиране. Ако се замислиш кой е най-добрият начин за прегрупиране на карбокатиона, за да се получи по-стабилен, знаеш, че тук има водороди, които са в съседство с този заряд +1. Тук протича водородно прегрупиране. Виждали сме го в предишни клипове. Можеш да разглеждаш водорода и тези два електрона, които ще се преместят тук. Сега ще покажа резултата от преместването на водорода, като този водород и тези два електрона ще дойдат ето тук, при което се премества зарядът +1 от крайния въглерод. Отнемаме връзка от този въглерод, това е ето този въглерод тук, където ще отиде положителния заряд +1. И сега имаме вторичен карбокатион. Просто да си припомним, това е вторичен карбокатион, защото въглеродът в цикламено е свързан с два други въглерода. Имаме вторичен карбокатион, който знаем, че е по-стабилен от първичния карбокатион. Тук можем да разгледаме два възможни продукта. Бензеновият пръстен може да реагира с първичния карбокатион, но е по-вероятно да реагира с вторичния карбокатион, така че ще запиша какво се получава, ако реагира с вторичния карбокатион. Мога да разгледам електроните тук и пи-връзките чак ето тук, които ще реагират с карбокатиона, с този вторичен карбокатион, и сега можем да запишем резултата от нуклеофилната атака. Отново, имаме пи-електроните. Имаме водород, който е вече свързан с пръстена, и ще се образува връзка с това, което беше карбокатионът ни, така че имаме четири въглерода, като единият се разклонява ето така. Сега да анализираме какво се случи дотук. Имаме формален заряд +1 в сигма-комплекса. Електроните, нашите пи-електрони тук, са ето тези, които ще образуват нашата връзка въглерод- въглерод ето така. И като разгледаме към какво е свързано това... ще оцветя тези въглероди тук. Ще започна с червено. Този въглерод ето тук ще кажа, че е ето този въглерод. Тук в цикламено този въглерод долу е този въглерод тук в цикламено, този, който е свързан с пръстена. После можем да проследим и още няколко въглерода. Този въглерод в зелено е ето този тук. И накрая този въглерод в синьо е този въглерод. Винаги преброявай въглеродите си, за да се увериш, че имаш правилното разклоняване при нещо такова. В последната стъпка имаме отделяне на протон от сигма-комплекса. Тези електрони ще се преместят ето така. И имаме единият от крайните продукти. Сега ще запиша този тук. Това ще е нашият основен продукт в тази реакция. Възможно е и първичният карбокатион да реагира, така че записвам резултата от това. Ако тези пи-електрони този път отидат при първичния карбокатион, ще се образува връзка с този въглерод. Сега ще напиша какво ще се получи. Пак имаме нашия пръстен. Отново имаме водород, но този път четири въглерода ще се разклоняват от пръстена. Значи един, два, три, четири, ето така. Отново имаме положителен заряд +1 в сигма-комплекса. Отново ще оцветя тези електрони в цикламено. Тези електрони в цикламено тук образуват въглерод- въглеродна връзка. Този път те се свързват с този въглерод. Този в края, ето този тук. След това имаме въглерода в цикламено ето тук, който ще бъде ето този. И за да сме последователни с цветовете, сега ще използвам зелено, така че този въглерод е зелен и този тук е зелен. И накрая този въглерод в синьо е този въглерод в синьо. Причината да отделям време, за да покажа тези въглероди, е, че това е едно от нещата, при което учениците допускат най-много грешки, затова трябва внимателно да проследяваш електроните и да преброяваш въглеродите, когато записваш крайните продукти. Сега отделяме протон от сигма-комплекса, тези електрони се преместват ето тук и се получава бутилбензен като второстепенен продукт в тази реакция. Сега ще го запиша. Имаме четири въглерода, които се разклоняват от бензеновия пръстен, и това е продуктът в по-малко количество, защото се получава от по-нестабилен карбокатион. Първичният карбокатион не е толкова стабилен като вторичния карбокатион. Това показва едно от ограниченията на реакцията на алкилиране по Фридер-Крафтс. Не винаги можеш да контролираш къде алкиловата група ще се присъедини към пръстена, защото е възможно прегрупиране на карбокатионите, които участват в механизма. Ако целта ти е да получиш бутилбензен, няма да получиш много висок добив, ако използваш алкилиране по Фридел-Крафтс, затова ще видим по-добър начин за това в следващото видео, посветено на ацилиране по Фридел-Крафтс.